JP7120941B2 - Ｒｆｉｄタグ用基板、ｒｆｉｄタグおよびｒｆｉｄシステム - Google Patents

Description

本開示は、ＲＦＩＤタグ用基板、このＲＦＩＤタグ用基板を用いたＲＦＩＤタグおよびＲＦＩＤシステムに関する。

近年、電子マネー用のＩＣ（Integrated Circuit）カードや在庫管理用のタグとして、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）システムを用いた非接触型の情報通信手段が広く使われるようになってきている。情報の授受は、リーダライタ等の外部機器との間で無線（ＲＦ）通信によって行なわれる。このようなＲＦＩＤシステムとして、例えばＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯の周波数を情報通信に用いるものがあり、このＵＨＦ帯のＲＦＩＤタグとして、アンテナ機能を有する配線基板上にＲＦＩＤ用ＩＣ等の半導体素子が搭載されたものがある。ＲＦＩＤシステムで送受される信号は、ＲＦＩＤタグの半導体素子で記憶または呼び出し等が行なわれる。ＲＦＩＤタグ用の配線基板としては、小型であることあることが重要であるので、アンテナ導体としての第１表面導体と第２表面導体とが誘電体である誘電体基板を挟んで対向して配置された、逆Ｆのアンテナ基板が用いられる場合がある。

国際公開第２００７/０８３５７４号

従来のＲＦＩＤタグ用基板は半導体素子（ＲＦＩＤ用ＩＣ）を搭載してＲＦＩＤタグとして用いる際に所定の周波数で通信できるように設計されている。しかしながら、搭載される半導体素子は、わずかではあるが内部回路の共振周波数にばらつきを有する場合がある。そのため、このような半導体素子半導体素子とＲＦＩＤタグ用基板とで発生する共振周波数によるＲＦＩＤタグの周波数にばらつきが発生し、例えば、アンテナ利得が小さくなって通信特性が低下する場合があった。

また、従来のＲＦＩＤタグ用基板では、異なる周波数のＲＦＩＤタグに用いることはできなかった。例えば日本で使用されるＲＦＩＤタグと欧州で使用されるＲＦＩＤタグとでは用いる周波数が異なり、搭載される半導体素子はこの周波数に応じたものを用いるためである。すなわち、この半導体素子の特性の違いは、上述した半導体素子のばらつきよりも大きいものであるため、日本用と欧州用とで異なる設計のＲＦＩＤタグ用基板を用いなければならず、コスト高になり易かった。

このように、従来のＲＦＩＤタグ用基板は、搭載される半導体素子に応じて共振周波数を変えることができないために不具合が生じる場合があった。

本開示の１つの態様のＲＦＩＤタグ用基板は、第１面および該第１面とは反対側の第２面を有する誘電体基板と、該誘電体基板の前記第１面に設けられた第１表面導体と、前記誘電体基板の前記第２面に設けられた第２表面導体と、前記第１表面導体と前記第２表面導体とを電気的に接続する短絡導体と、前記誘電体基板の内部に設けられ、前記第２表面導体の一部と対向して前記第２表面導体と電気的に接続されている、あるいは前記第２表面導体の一部と対向して前記第１表面導体と電気的に接続されている主容量導体と、前記
誘電体基板の内部に設けられている少なくとも１つの副容量導体と、前記誘電体基板の露出面に設けられており、前記主容量導体に電気的に接続されている第１電極と、前記誘電体基板の露出面に前記第１電極と離間して並んで設けられており、前記副容量導体に電気的に接続されている第２電極と、を備えている。

本開示の１つの態様のＲＦＩＤタグは、上記構成のＲＦＩＤタグ用基板と、該ＲＦＩＤタグ用基板に搭載された半導体素子とを含む。

本開示の１つの態様のＲＦＩＤシステムは、上記構成のＲＦＩＤタグと該ＲＦＩＤタグとの間で電波を送受するアンテナを備えるリーダライタとを含む。

本開示のＲＦＩＤタグ用基板によれば、第１電極と第２電極との間の電気的な接続関係を変えることで、搭載される半導体素子（ＲＦＩＤ用ＩＣ）に応じて共振周波数を調節することが可能なものとなる。

本開示のＲＦＩＤタグによれば、周波数のばらつきが抑えられたものとなる。あるいは低コストなものとなる。

本開示のＲＦＩＤシステムによれば、上記構成のＲＦＩＤタグを含むことから、ＲＦＩＤタグとリーダライタとの通信周波数のばらつきが低減されているので、物品とリーダライタとの間の情報の送受が安定したＲＦＩＤシステムを提供することができる。

（ａ）はＲＦＩＤタグ用基板およびＲＦＩＤタグの一例を示す、第１面側からの平面図（上面図）であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線における断面を示す断面図であり、（ｃ）は第２面側からの平面図（下面図）である。 図１に示すＲＦＩＤタグ用基板の分解斜視図である。 （ａ）はＲＦＩＤタグ用基板およびＲＦＩＤタグの他の一例を示す、第１面側からの平面図（上面図）であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線における断面を示す断面図であり、（ｃ）は第２面側からの平面図（下面図）である。 図３に示すＲＦＩＤタグ用基板の分解斜視図である。 （ａ）はＲＦＩＤタグ用基板およびＲＦＩＤタグの他の一例を示す、第１面側からの平面図（上面図）であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線における断面を示す断面図であり、（ｃ）は第２面側からの平面図（下面図）である。 図５に示すＲＦＩＤタグ用基板の分解斜視図である。 （ａ）はＲＦＩＤタグ用基板およびＲＦＩＤタグの他の一例を示す、第１面側からの平面図（上面図）であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線における断面を示す断面図であり、（ｃ）は第２面側からの平面図（下面図）である。 図７に示すＲＦＩＤタグ用基板およびＲＦＩＤタグの分解斜視図である。 （ａ）はＲＦＩＤタグ用基板およびＲＦＩＤタグの他の一例を示す、第１面側からの平面図（上面図）であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線における断面を示す断面図であり、（ｃ）は第２面側からの平面図（下面図）である。 図９に示すＲＦＩＤタグ用基板の分解斜視図である。 （ａ）はＲＦＩＤタグ用基板およびＲＦＩＤタグの他の一例を示す、第１面側からの平面図（上面図）であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線における断面を示す断面図であり、（ｃ）は第２面側からの平面図（下面図）である。 図１１に示すＲＦＩＤタグ用基板の分解斜視図である。 （ａ）はＲＦＩＤタグ用基板およびＲＦＩＤタグの他の一例を示す、第１面側からの平面図（上面図）であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線における断面を示す断面図であり、（ｃ）は第２面側からの平面図（下面図）である。 図１３に示すＲＦＩＤタグ用基板の分解斜視図である。 （ａ）はＲＦＩＤタグ用基板およびＲＦＩＤタグの他の一例を示す、第１面側からの平面図（上面図）であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線における断面を示す断面図であり、（ｃ）は第２面側からの平面図（下面図）である。 図１５に示すＲＦＩＤタグ用基板の分解斜視図である。 ＲＦＩＤシステムの一例を示す模式図である。

本開示の実施形態のＲＦＩＤタグ用基板、ＲＦＩＤタグおよびＲＦＩＤシステムを、添付の図面を参照して説明する。各図面には、説明の便宜上、ｘｙｚ直交座標を付しており、以下、ｚ方向の正側を上方として上面等の語を用いて説明する場合がある。なお、以下の説明における上下の区別は説明上の便宜的なものであり、実際にＲＦＩＤタグ用基板、ＲＦＩＤタグまたはＲＦＩＤシステムが使用されるときの上下を限定するものではない。

図１、図３、図５、図７、図９、図１１、図１３および図１５の各図における（ａ）はＲＦＩＤタグ用基板およびＲＦＩＤタグの一例を示す、第１面側からの平面図（上面図）であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線における断面の一例を示す断面図であり、（ｃ）は第２面側からの平面図（下面図）である。図２、図４、図６、図８、図１０、図１２、図１４および図１６は、ぞれぞれ、図１、図３、図５、図７、図９、図１１、図１３および図１５に示すＲＦＩＤタグ用基板の分解斜視図である。各分解斜視図において、貫通導体は太い長破線で示し、接続位置を黒丸で示している。

ＲＦＩＤタグ用基板１０は、第１面１１および第１面１１とは反対側の第２面１２を有する誘電体基板１と、誘電体基板１の第１面１１に設けられた第１表面導体２と、誘電体基板１の第２面１２に設けられた第２表面導体３と、第１表面導体２と第２表面導体３とを電気的に接続する短絡導体４と、誘電体基板１の内部に設けられ、第１表面導体２の一部と対向して第２表面導体３と電気的に接続されている、あるいは第２表面導体３の一部と対向して第１表面導体２と電気的に接続されている主容量導体５と、誘電体基板１の内部に設けられている少なくとも１つの副容量導体６と、誘電体基板１の露出面に設けられており、主容量導体５に電気的に接続されている第１電極７と、誘電体基板１の露出面に第１電極７と離間して並んで設けられており、副容量導体６に電気的に接続されている第２電極８と、を備えている。

ＲＦＩＤタグ用基板１０をＲＦＩＤタグ１００として用いる際には、誘電体基板１の露出面にＲＦＩＤ用ＩＣである半導体素子２０が搭載され、ＲＦＩＤタグ用基板１０の第１面１１または第２面１２が外部（後述する物品等）に接合されて実装される。

誘電体基板１は、第１表面導体２および第２表面導体３等の導体部分を互いに電気的に絶縁させて配置するための電気絶縁性の基体として機能する。また、誘電体基板１は、半導体素子２０等の部材を搭載して固定するための基体としても機能する。誘電体基板１は例えば、複数の誘電体層が積層されてなるものであり、図１～図１６に示す例では４層の誘電体層が積層されて一体化されたものである。誘電体層の層数はこれに限られるものではない。

誘電体基板１は、図１～図４、図１１および図１２に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０は平板状であり、図５～図１０、図１３～図１６に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０は第１面１１に凹部１ａを１つ有する形状である。凹部１ａを第２面１２に有するものであってもよい。凹部１ａを有する場合には、凹部１ａ内に半導体素子２０を収容して搭載することで、半導体素子２０がＲＦＩＤタグ用基板１０の第１面１１または第２面１２から突
出しないようにすることができる。これにより半導体素子２０が外部の物体等にぶつかる可能性が低減されるのでＲＦＩＤタグ１００の信頼性が高いものとなる。

誘電体基板１には、第１表面導体２および第２表面導体３といった導体部分が設けられている。これら導体部分のうち、第１表面導体２、第２表面導体３およびこれらを電気的に接続している短絡導体４で、後述するリーダライタ２００のアンテナ２０１との間で電波を送受するアンテナ（逆Ｆアンテナ）を構成している。逆Ｆアンテナはパッチアンテナをベースにしたアンテナであり、金属製の物品へ直接取り付けることが可能で、またパッチアンテナより小型化ができる点でＲＦＩＤタグ用基板１０に適している。

この第１表面導体２は上述したようにアンテナ導体であり、外形が四角状のアンテナ導体の端部分（第１表面導体２の１つの辺に近い外周部）に短絡導体４の上端部分が接続されている。すなわち、短絡導体４は第１表面導体２の外周部の一部のみにおいて第１表面導体２と接続している。このように短絡導体４が第１表面導体２の中央部ではなく外周部に偏った位置で接続されているため、第２表面導体３とともに逆Ｆ型アンテナとして効果的に機能するアンテナを構成できる。図１～図８および図１１～図１６に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０は短絡導体４を１つ有しているが、図９および図１０に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０は短絡導体４を３つ有している。少なくとも１つの短絡導体４を有していればよく、２つあるいは４つ以上であってもよい。短絡導体４の数が多いと電気抵抗が小さくなって損失が小さくなるので、高利得化できる。

また、誘電体基板１の内部に設けられ、第１表面導体２の一部と対向して第２表面導体３と電気的に接続されている、あるいは第２表面導体３の一部と対向して第１表面導体２と電気的に接続されている主容量導体５を有している。これによって、所定の静電容量をアンテナ導体に付与する機能を有している。第１表面導体２と第２表面導体３との間の容量成分が大きくなるので、周波数が低いアンテナとなる。同じ周波数で用いるのであれば第１表面導体２および第２表面導体３を小さくすることができ、逆Ｆアンテナをより小型化することができる。主容量導体５は、短絡導体４が接続されている端部分とは反対側の端から中央部に向かって伸びている。そして、短絡導体４が接続されている端部分とは反対側の端において、容量接続導体５ａによって第１表面導体２あるいは第２表面導体３と電気的に接続されている。なお、図１～図１６に示す例では、主容量導体５は誘電体層を間に挟んで第２表面導体３の一部と対向して第１表面導体２と電気的に接続されている。図１～図８および図１１～図１６に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０は容量接続導体５ａを１つ有しているが、図９および図１０に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０は容量接続導体５ａを３つ有している。少なくとも１つの容量接続導体５ａを有していればよく、２つあるいは４つ以上であってもよい。容量接続導体５ａの数が多いと電気抵抗が小さくなって損失が小さくなるので、高利得化できる。

図１～図１６に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０においては、第１表面導体２は開口を有している。図１～図１２、図１５および図１６に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０では、誘電体基板１が平板状である場合には第１面１１の開口内が露出面であり、誘電体基板１が凹部１ａを有する場合には開口内に凹部１ａが設けられ、凹部１ａの底面が露出面となる。この露出面に半導体素子２０が搭載され、第１電極７および第２電極８が配置されている。図１３および図１４に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０では、第１面１１に凹部１ａを有しており、凹部１ａ内に半導体素子２０が搭載されているが、第２面１２の第２表面導体３も開口を有しており、第２面１２の開口内が露出面である。そのため第２面１２に第１電極７および第２電極８が配置されている。

ＲＦＩＤタグ用基板１０は、誘電体基板１の内部に少なくとも１つの副容量導体６を有している。副容量導体６の数は、図１および図２に示す例では１つであり、図３～１４に
示す例では２つであり、図１５および図１６に示す例では３つである。副容量導体６と主容量導体５とで容量導体が形成される。副容量導体６と主容量導体５とが電気的に接続されることで容量導体が大きくなり、アンテナ導体に付与される静電容量が増加する。副容量導体６が主容量導体５と電気的に接続された状態から電気的に遮断されることで容量導体が小さくなり、アンテナ導体に付与される静電容量が減少する。すなわち、静電容量の増減によって周波数を調整することができる。

誘電体基板１の露出面に設けられている第１電極７は主容量導体５に電気的に接続されており、誘電体基板１の露出面に第１電極７と離間して並んで設けられている第２電極８は副容量導体６に電気的に接続されている。上述した、主容量導体５と副容量導体６との電気的な接続関係は、第１電極７と第２電極８との間の電気的な接続によって決定される。第１電極７および第２電極８は、誘電体基板１の露出面に並んで設けられているので、第１電極７と第２電極８との間の電気的な接続関係の変更が容易にできる。

図１～図４および図９～図１６に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０では、誘電体基板１の露出面に第１電極７と第２電極８とは離間して並んで設けられている。離間している第１電極７と第２電極８とを、ボンディングワイヤ、導電性ペースト、はんだ等の導電性接続材３０で電気的に接続することで容量導体が主容量導体５と副容量導体６とからなるものとなり、アンテナ導体に付与される静電容量を増加させ、周波数を低くすることができる。第１電極７と第２電極８との電気的に接続に、半導体素子２０とＲＦＩＤタグ用基板１０との電気的接続と同じ方法、例えばワイヤボンディングを用いると、これらを同時に行なうことができるので、より低コストでＲＦＩＤタグ１００を作製することができる。

図１に示す例のＲＦＩＤタグ１００においては、ＲＦＩＤタグ用基板１０の露出面には第１電極７、第２電極８および第３電極９が設けられている。第１電極７は第１接続導体７ａ、主容量導体５および容量接続導体５ａを介して第１表面導体２に電気的に接続されている。第２電極８は第２接続導体８ａによって副容量導体６と電気的に接続されている。第３電極９は第３接続導体９ａによって第２表面導体３と電気的に接続されている。第１接続導体７ａ、第２接続導体８ａおよび第３接続導体９ａはいずれも複数の誘電体層を貫通する貫通導体である。そして、半導体素子（ＲＦＩＤ用ＩＣ）２０の電極（不図示）とＲＦＩＤタグ用基板１０の電極（第１電極７および第３電極９）とがボンディングワイヤで接続されている。これによりＲＦＩＤタグ１００として機能し、第１電極７、第３電極９および半導体素子２０は、ＲＦＩＤタグ１００における給電部を構成する。ＲＦＩＤタグ用基板１０の第１電極７と第２電極８との電気的に接続もまた導電性接続材３０としてボンディングワイヤで接続されている。これにより、図１に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０は、図２に示す第１電極７と第２電極８との接続をする前のＲＦＩＤタグ用基板１０に対して、周波数を低くするように容量が調節されている。すなわち、１つのＲＦＩＤタグ用基板１０で２つの異なる周波数に対応することができる。例えば、日本でＲＦＩＤタグ用いられる周波数と欧州でＲＦＩＤタグに用いられる周波数とに対応するように、主容量導体５と副容量導体６の大きさを設定することができる。

図３に示す例のＲＦＩＤタグ１００においては、２つの副容量導体６（６１，６２）が主容量導体５と同じ誘電体層間に並んで設けられている。２つの副容量導体６（６１，６２）は２つの第２電極８（８１，８２）にそれぞれ第２接続導体８ａで接続されている。この例における第２接続導体８ａは、誘電体層を貫通する貫通導体と誘電体層間の導体層とで構成されている。第１電極７と隣の第２電極８１とがボンディングワイヤ３０で接続され、この第２電極８１はさらに隣の第２電極８２とボンディングワイヤ３０で接続されている。これにより、容量導体は主容量導体５と２つの副容量導体６（６１，６２）とで構成されている。第１電極７と第２電極８１の間および２つの第２電極８１，８２間を接続する前の、図４に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０に対して、周波数を低くするように
容量が調節されている。２つの第２電極８１，８２間を接続せず、第１電極７と離れている第２電極８２とを接続してもよい。また、２つの第２電極８１，８２間のうちのいずれか１つだけを第１電極７と接続すると、容量の増加量すなわち周波数の増大量を小さくすることができる。すなわち、副容量導体６の数に応じて周波数の増加量を調節することができる。搭載される半導体素子２０の内部回路の共振周波数は製造ロット毎にわずかではあるがばらつきがある。例えばこのばらつきを３段階に分け、半導体素子２０の周波数が最も高い段階の周波数である場合には主容量導体５のみを容量導体とし、最も低い周波数の場合は２つの副容量導体６を接続し、中間の周波数の場合は１つの副容量導体６を接続するようにすればよい。

図５に示す例のＲＦＩＤタグ１００においては、図３に示す例と同様に２つの副容量導体６（６１，６２）と２つの第２電極８（８１，８２）を備えているが、第１電極７、第２電極８および第３電極９の並びが異なっている。第１電極７および第２電極８は半導体素子２０より短絡導体４に近い位置に（－ｘ方向に）、半導体素子２０に近い方から（ｘ方向に）第１電極７、第２電極８１，８２の順で配置されている。また、平面透視で第３電極９が主容量導体５と重なる位置にあるので、第３電極９と第２表面導体３とを接続する第３接続導体９ａは主容量導体５を貫通している。主容量導体５には、第３接続導体９ａと短絡しないように開口が設けられている。そして、図５および図６に示す例におけるＲＦＩＤタグ用基板１０では、第１電極７と隣の第２電極８１間および２つの第２電極８１，８２間は電極間導体７ｂで電気的に接続されている。このように、誘電体基板１の露出面において、第１電極７と第２電極８とが電極間導体７ｂを介して電気的に接続されているＲＦＩＤタグ用基板１０とすることができる。

このようなＲＦＩＤタグ用基板１０は、図３および図４に示す例が周波数を低くする調整が可能であったのに対して、周波数を高くする調整が可能なものとなる。図５および図６に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０は周波数を調整していない場合であり、主容量導体５と２つの副容量導体６（６１，６２）とが電気的に接続されている。よってこの場合の容量導体は主容量導体５と２つの副容量導体６で構成されている。これに対して、２つの第２電極８（８１，８２）間の電極間導体７ｂを切断すると周波数を高くすることができ、第１電極７と第２電極８（８１）との間の電極間導体７ｂを切断すると周波数をさらに高くすることができる。電極間導体７ｂの切断は、例えば、切削加工やレーザー加工（レーザートリミング）で行なうことができる。周波数の調整が２段階でよい場合には副容量導体６および第２電極８は１つであってもよい。また、副容量導体６および第２電極８の数を４つ以上にすることもできる。

図７に示す例のＲＦＩＤタグ１００においては、図５に示す例と同様に２つの副容量導体６（６１，６２）と２つの第２電極８（８１，８２）を備えているが、第１電極７、第２電極８の並びが異なっている。２つの第２電極８（８１，８２）で第１電極７をｙ方向に挟むように配列されている。これにより、凹部１ａおよび第１表面導体２の開口のｘ方向の長さが短くなっており、第１表面導体２の面積が大きくなっている。これにより、より高利得化することができる。そして、図７および図８に示す例におけるＲＦＩＤタグ用基板１０では、第１電極７と隣の一方の第２電極８１と間は電極間導体７ｂで電気的に接続され、第１電極７と隣の他方の第２電極８２とは離間しており、電気的に接続されていない。

このように、副容量導体６（６１，６２）および第２電極８（８１，８２）を複数個備えており、複数の第２電極８１，８２は複数の副容量導体６１，６２のそれぞれに接続され、第２電極８１が電極間導体７ｂを介して第１電極７に電気的に接続されているものを含んでいるＲＦＩＤタグ用基板１０とすることができる。すべての第２電極８（８１，８２）が電極間導体７ｂを介して第１電極７に電気的に接続されている場合は、図５および
図６に示す例である。図７および図８に示す例のように、第１電極７に接続されている第２電極８（８１）と第１電極７に接続されていない第２電極８（８２）とを有する場合には、周波数の調整が大きくする場合と小さくする場合の両方が可能となる。例えば、上述したように半導体素子２０の周波数のばらつきを３段階に分けた際に、半導体素子２０の周波数が最も小さい周波数である場合には第１電極７と一方の第２電極８１との間の電極間導体７ｂを切断し、最も大きい周波数の場合は第１電極７と他方の第２電極８２との間を導電性接続材３０で電気的に接続すればよい。

上述したように、図５～図１０、図１３～図１６に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０の誘電体基板１は、第１面１１に凹部１ａを１つ有する。図５、図７、図９、図１３および図１５に示す例のＲＦＩＤタグ１００では、凹部１ａの底面に半導体素子２０が搭載されている。また、図５～図１０、図１５および図１６に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０においては凹部１ａの底面に第１電極７、第２電極８および第３電極９が設けられている。図１３および図１４に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０においては、凹部１ａの底面には第３電極９が設けられている。

図５～図１０、図１５および図１６に示す例のように、誘電体基板１が第１面１１または第２面１２のいずれかに凹部１ａを有しており、凹部１ａの底面に第１電極７および第２電極８が設けられているＲＦＩＤタグ用基板１０とすることができる。このような場合には、周波数を調節するための第１電極７および第２電極８がＲＦＩＤタグ用基板１０の最外表面に位置していない。そのため、外部の導電性の物体に接触することよって、第１電極７と第２電極８（８１，８２，８３）との間または第２電極８（８１，８２，８３）間で不所望の短絡が発生する、あるいは導電性接続材３０による接続が切断される可能性が低減される。よって、ＲＦＩＤタグ１００の動作の信頼性が向上する。

図１３および図１４に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０において、凹部１ａの底面に第１電極７および第２電極８を設けるには、容量導体（主容量導体５および副容量導体６）と第２表面導体３との間に２層の誘電体層を設けて、第２表面導体３が接している誘電体層（最下層の誘電体層）に貫通孔を形成して第２面１２に凹部１ａを設けることができる。あるいは、図１３および図１４に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０における最下層の誘電体層に貫通孔を形成して第２面１２に凹部１ａを設け、主容量導体５および副容量導体６（６１，６２）の凹部１ａの底面に露出した部分をそれぞれ第１電極７および第２電極８（８１，８２）とみなしてもよい。

図１３および図１４に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０のように、容量導体（主容量導体５および副容量導体６）が対向している表面導体（第２表面導体３）が設けられている側に第１電極７および第２電極８（８１，８２）を設けると、誘電体基板１の表面導体（第２表面導体３）が設けられている面（第２面１２）側に露出面を設けなければならない。そのため、容量導体（主容量導体５および副容量導体６）が対向している表面導体（第２表面導体３）に開口を設けなければならない。開口の分だけ容量導体（主容量導体５および副容量導体６）と表面導体（第２表面導体３）との対向面積が小さくなるので、開口を有さない場合に対してアンテナ導体に付与される静電容量が小さくなってしまう。よって、第１電極７および第２電極８は、容量導体（主容量導体５および副容量導体６）を挟んで、容量導体（主容量導体５および副容量導体６）が対向する表面導体（第１表面導体２、第２表面導体３）とは反対側に位置するように配置するとよい。

図１～図８、図１３および図１４に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０では、主容量導体５と副容量導体６（６１，６２）とは平面透視でｘ方向に並んで配置されているが、図９および図１０に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０のように、これらがｙ方向に並んで配置されていてもよい。

また、図３～図８に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０では、２つの副容量導体６（６１，６２）は互いに同じ形状、同じ面積であるのに対して、図９および図１０に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０のように、複数の副容量導体６（６１，６２）はその形状および／または面積が互いに異なるものであってもよい。面積が異なる場合には、主容量導体５に接続される副容量導体６によって、アンテナ導体に付与される静電容量、周波数の調整量を異ならせることができる。図９および図１０に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０においては、主容量導体５に対して＋ｙ方向に位置する副容量導体６１の面積より－ｙ方向に位置する副容量導体６２の方の面積の方が大きい。そのため、副容量導体６１と第２表面導体３との間に形成される静電容量よりも副容量導体６２と第２表面導体３との間に形成される静電容量の方が大きい。例えば、上述したように半導体素子２０の周波数のばらつきを３段階に分けた際に、半導体素子２０の周波数が最も高い周波数である場合には第１電極７と第２電極８（８１．８２）との間を電気的に接続せず、最も低い周波数の場合は第１電極７と面積の大きい第２電極８２とを電気的に接続し、中間の周波数の場合は第１電極７と面積の小さい副容量導体６１に接続されている第２電極８１とを電気的に接続すればよい。

また、図１１および図１２に示す例のようなＲＦＩＤタグ用基板１０の場合も、主容量導体５に接続される副容量導体６によって、アンテナ導体に付与される静電容量、周波数の調整量を異ならせることができる。この例においても２つの副容量導体６（６１，６２）を備えている。これらは、図１～図８、図１３および図１４に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０と同様に、主容量導体５と２つの副容量導体６（６１，６２）とは平面透視でｘ方向に並んで配置されているが、２つの副容量導体６（６１，６２）は対向する第２表面導体３からの距離が互いに異なっている。主容量導体５に近い位置にある副容量導体６１と第２表面導体３との距離よりも主容量導体５から遠い位置にある副容量導体６２と第２表面導体３との距離の方が大きい。そのため、副容量導体６１と第２表面導体３との間に形成される静電容量よりも副容量導体６２と第２表面導体３との間に形成される静電容量の方が小さい。例えば、上述したように半導体素子２０の周波数のばらつきを３段階に分けた際に、半導体素子２０の周波数が最も高い周波数である場合には第１電極７と第２電極８（８１．８２）との間を電気的に接続せず、最も低い周波数の場合は第１電極７と第２表面導体３との距離が小さい副容量導体６１に接続されている第２電極８１とを電気的に接続し、中間の周波数の場合は第１電極７と第２表面導体３との距離が大きい第２電極８２とを電気的に接続すればよい。

図１５に示す例のＲＦＩＤタグ１００においては、全体の構成は図５に示す例と同様であるが、副容量導体６および第２電極８の数が異なっている。図５に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０が２つの副容量導体６（６１，６２）と２つの第２電極８（８１，８２）を備えているのに対して、図１５に示す例のＲＦＩＤタグ用基板１０は３つの副容量導体６（６１，６２，６３）と３つの第２電極８（８１，８２，８３）を備えている。副容量導体６の数が多いので、より細かい周波数の調整が可能となる。また、この例では第１電極７と３つの第２電極８（８１，８２，８３）との間は電気的に接続されていないので、周波数を低くする方向の調整が可能である。

そして、この例のＲＦＩＤタグ用基板１０は、３つの副容量導体６（６１，６２，６３）を備えており、これらの面積比率は１：２：４である。図１５において最も面積の小さい副容量導体６１の面積をＳ１、最も面積の大きい副容量導体６３の面積をＳ３、中間の面積の副容量導体６２の面積をＳ２とすると、Ｓ１：Ｓ２：Ｓ３＝１：２：４である。副容量導体６１、副容量導体６２および副容量導体６３は、ぞれぞれ、第２電極８１、第２電極８２および第２電極８３にそれぞれ接続されている。第１電極７と第２電極８１，８２，８３との電気的接続によって、７段階の周波数の調整（周波数を低くする調整）をす
ることができる。より具体的には、図１５に示す例においては、最も面積の小さい副容量導体６１の面積Ｓ１は、主容量導体５の面積の約２．５％である。そのため、主容量導体５と副容量導体６とを合わせた容量導体全体の面積（および容量導体と第２表面導体３との間の容量）を、＋２．５％～＋１７．５％まで、２．５％ずつの７段階で増加することができる。つまり、３つの副容量導体６（６１，６２，６３）および第２電極８（８１，８２，８３）で、等間隔の７段階の容量導体の面積（容量）を設定することができるので、周波数の調整をきめ細かに行なうことのできるＲＦＩＤタグ用基板１０となる。最も面積の小さい副容量導体６１の面積Ｓ１の主容量導体５の面積に対する比率は、これに限られるものではなく、想定される周波数ばらつきの程度に応じて設定することができる。

なお、第１電極７と第２電極８１，８２，８３とがそれぞれ電極間導体７ｂで接続されているＲＦＩＤタグ用基板１０とすることができる。この場合には、電極間導体７ｂを切断して容量導体の面積を７段間で減少させて周波数を７段階で高くする方向の調整が可能となる。

また、３つの副容量導体６１，６２，６３の面積を同じにして、３つの副容量導体６１，６２，６３と、これらと対向して容量を形成する第２表面導体３（または第１表面導体２）との距離の比率が１；２；４であるＲＦＩＤタグ用基板１０とすることができる。この場合でも容量導体と第２表面導体３（または第１表面導体２）との間に形成される容量を７段階に調整することができる。

このように、３つの副容量導体６（６１，６２，６３）の面積比率、あるいは３つの副容量導体６（６１，６２，６３）と第２表面導体３（または第１表面導体２）との距離の比率を１：２：４とすることで、周波数を７段階で調整することが可能となる。距離の比率の設定に比較して、面積比率の設定の方が作製コストの観点では有利である。

誘電体基板１は、例えば一辺の長さが２ｍｍ～４０ｍｍで、厚みが０．３ｍｍ～３ｍｍである矩形状の平板状である。

誘電体基板１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体またはガラスセラミック焼結体等のセラミック焼結体によって形成されている。誘電体基板１は、例えばガラスセラミック焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作することができる。まず、ガラス成分となる酸化ケイ素、酸化ホウ素およびフィラー成分となる酸化アルミニウム等の粉末を主成分とする原料粉末を、有機溶剤、バインダと混練してスラリーとするとともに、このスラリーをドクターブレード法またはリップコータ法等の成形方法でシート状に成形して誘電体基板１の誘電体層となるセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を作製する。次に、複数のグリーンシートを積層して積層体を作製する。その後、この積層体を約９００～１０００℃程度の温度で焼成することによって誘電体基板１を製作することができる。

誘電体基板１を含むＲＦＩＤタグ用基板１０は、このようなＲＦＩＤタグ用基板１０となる複数の配線基板領域が母基板に配列された多数個取り配線基板として製作することもできる。複数の配線基板領域を含む母基板を、配線基板領域毎に分割して複数のＲＦＩＤタグ用基板１０をより効率よく製作することもできる。この場合には、母基板のうち配線基板領域の境界に沿って分割用の溝が設けられていてもよい。

実施形態のＲＦＩＤタグ用基板１０では、上記セラミックグリーンシートが焼成されてなる複数の誘電体層（符号なし）が互いに積層されて誘電体基板１を形成している。このときに、一部のセラミックグリーンシートを厚み方向に打ち抜いて枠状に加工しておき、枠状のセラミックグリーンシートを最外層（最上層、最下層）等に積層して焼成すれば、
凹部１ａを有する誘電体基板１を製作することができる。このようにして作製された誘電体基板１は、それぞれのセラミックグリーンシートが焼結してなる複数の誘電体層が互いに積層された積層体になっている。図５～図１０、図１３～図１６に示す例において凹部１ａは２層の誘電体層を貫通するものであるが、１層あるいは３層以上を貫通するものとすることもできる。

第１表面導体２および第２表面導体３は短絡導体４とともに逆Ｆアンテナを構成する導体であり、誘電体基板１と同様の矩形である導体層である。第２表面導体３の外寸を第１表面導体２の外形寸法より一回り大きくすることで、両者間の結合がＲＦＩＤタグ用基板１０の作製時の位置ずれ等でばらつかないようにすることができる。

短絡導体４は、第１表面導体２と第２表面導体３とを電気的に接続するものであり、図１～図１６に示す例では、誘電体基板１を厚み方向に貫通する貫通導体である。短絡導体４は、誘電体基板１の側面に設けた側面導体とすることもできる。上述したように、短絡導体４は１つの貫通導体のみで構成することもできるが、複数の貫通導体で短絡導体４が構成されているときには、短絡導体４の導通抵抗を低減して接地電位を効果的に安定させること等において有利である。これらの複数の貫通導体は、例えば、第１表面導体２の外周部の一部に、互いに隣り合って配置される。

容量導体（主容量導体５および副容量導体６）は、上述したように、所定の静電容量をアンテナ導体に付与する機能を有している。第１表面導体２と第２表面導体３との間の容量成分を大きくしてＲＦＩＤタグ用基板１０を小型化するためには、主容量導体５の面積を大きくすればよい。

容量導体（主容量導体５）の第１表面導体２または第２表面導体３との対向面積は、小型化の点では大きい方が有利であるが、高利得化の点では小さい方がよい。このような点およびＲＦＩＤタグ１００としての生産性および経済性等を考慮したときに、例えば、平面視において第１表面導体２または第２表面導体３の面積の１０～９０％程度の範囲で、主容量導体５と第１表面導体２または第２表面導体３とが互いに対向し合うように設定すればよい。

副容量導体６（６１，６２，６３）はアンテナ導体に付与される静電容量値を調整して、周波数を調整するためのものである。そのためその調整量に応じて面積および配置を決定することができる。

第１電極７、第２電極８（８１，８２，８３）および第３電極９の形状および配置は特に限定されるものではない。

第１表面導体２、第２表面導体３、短絡導体４、主容量導体５、容量接続導体５ａ、副容量導体６（６１，６２，６３）、第１電極７、第１接続導体７ａ、第２電極８（８１，８２，８３）、第２接続導体８ａ、第３電極９、第３接続導体９ａといった導体部分は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、金、白金、ニッケルまたはコバルト等の金属材料によって形成されている。また、これらの導体部分は上記の金属材料を含む合金材料等によって形成されているものでもよい。このような金属材料等は、メタライズ導体またはめっき導体等の導体として誘電体基板１の所定部位に設けられている。この導体は、例えば誘電体層の露出表面または誘電体層同士の層間に層状に設けられたものと、誘電体層を厚み方向に貫通する貫通孔（符号なし）内に充填された柱状等のものとを含んでいる。

上記の導体部分は、誘電体基板１が上述したようなガラスセラミック焼結体からなる場
合であれば、例えば銅のメタライズ層で形成することができる。例えば、銅の粉末を有機溶剤および有機バインダと混合して作製した金属ペーストを誘電体基板１となるセラミックグリーンシートの所定位置にスクリーン印刷法等の方法で印刷した後に、これらを同時焼成する方法で形成することができる。

短絡導体４、容量接続導体５ａ、第１接続導体７ａ、第２接続導体８ａ、および第３接続導体９ａ等の貫通導体は、あらかじめセラミックグリーンシートに貫通孔を設けておき、この貫通孔内に上記と同様の金属ペーストを充填して焼成することで形成することができる。貫通孔は、機械的な孔あけ加工またはレーザー加工等の方法でセラミックグリーンシートに設けることができる。

また、このような導体部分がメタライズ層で形成されるときに、そのメタライズ層の露出表面をニッケル、コバルト、パラジウムおよび金等から適宜選択されためっき層で被覆して、酸化腐食の抑制および後述する半導体素子２０との電気的接続を行なう接続部材の接合性等の特性の向上を行なうようにしてもよい。

ＲＦＩＤタグ１００は、上記のようなＲＦＩＤタグ用基板１０と、ＲＦＩＤタグ用基板１０に搭載され半導体素子２０とを含んでいる。本開示の１つの態様のＲＦＩＤタグによれば、上記構成のアンテナ特性の向上したＲＦＩＤタグ用基板１０を含むことから、周波数のばらつきが抑えられ、通信特性に優れたたものとなる。あるいは、異なる周波数の半導体素子２０を１つのＲＦＩＤタグ用基板１０で作製することができるので低コストなものとなる。

図１，図３，図５，図７，図９，図１１および図１５に示す例では、半導体素子２０は第１電極７と第３電極９に電気的に接続され、図１３に示す例では、半導体素子２０は２つの第３電極９に電気的に接続されている。これらの図においては、半導体素子２０の端子（不図示）と第１電極７や第３電極９とは導電性接続材３０としてボンディングワイヤで電気的に接続されている。導電性接続材３０としては、はんだあるいは導電性ペーストをもちいることもできる。半導体素子２０は接合材（不図示）でＲＦＩＤタグ用基板１０の誘電体基板１における露出面に固定されている。接合材は、例えば金－シリコン（Ａｕ－Ｓｉ）ろう等の低融点ろう材、ガラス複合材料または樹脂接着剤を用いることができる。また、露出面に半導体素子２０の固定用の金属膜を設けることができる。

なお、半導体素子２０は、封止樹脂で封止することができる。封止樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂およびシリコーン樹脂等が挙げられる。また、これらの樹脂材料にシリカ粒子またはガラス粒子等のフィラー粒子が添加されていても構わない。フィラー粒子は、例えば、封止樹脂の機械的な強度、耐湿性または電気特性等の各種の特性を調整するために添加される。封止樹脂は、このような各種の樹脂材料から、ＲＦＩＤタグ１００の生産時の作業性（生産性）および経済性等の条件に応じて適宜選択して用いることができる。誘電体基板１が平板状である場合は半導体素子２０が搭載されている領域だけを封止樹脂で覆ってもよいし、この領域を含む第１面１１または第２面１２の全体を覆ってもよい。誘電体基板１が凹部１ａを有し、凹部１ａ内に半導体素子２０が収容されている場合は、封止樹脂で半導体素子２０を覆って凹部１ａを充填すればよい。

凹部１ａを蓋体で塞ぐことで半導体素子２０が封止することもできる。蓋体は、例えば金属、セラミックスからなる平板状のもので、樹脂接着剤、導電性接着剤、はんだ、ろう材等の接合材で第１表面導体２または第２表面導体３に接合される。このとき、金属等の導電性の材料からなる導電性の蓋体を用いて、導電性接着剤、はんだ、ろう材等の導電性の接合材を用いて、第１表面導体２または第２表面導体３に電気的に接続されるようにして接合することができる。このようにすると、蓋体が第１表面導体２または第２表面導体
３の一部として機能するので、凹部１ａを設けてアンテナ導体の面積が減少することによるアンテナ特性への影響を改善することができる。上記した封止樹脂で封止した後に蓋体を設けてもよい。このとき封止樹脂の上面から第１表面導体２または第２表面導体３にかけて導電性樹脂を設けて導電性の蓋体とすると同時に、第１表面導体２または第２表面導体３に電気的に接続することもできる。

半導体素子２０は上述したようにＲＦＩＤ用ＩＣである。後述するＲＦＩＤシステム６００において、ＲＦＩＤタグ１００が実装される物品３００の情報等が記憶されている。

図１７はＲＦＩＤシステム６００を示す模式図であり、ＲＦＩＤタグ１００の斜視図およびリーダライタ２００の斜視図を含んでいる。ＲＦＩＤシステム６００は、上記構成のＲＦＩＤタグ１００と、ＲＦＩＤタグ１００のアンテナ導体との間で電波を送受するアンテナ２０１を備えるリーダライタ２００とを含んでいる。ＲＦＩＤタグ１００は物品３００に固定されている。

このようなＲＦＩＤシステム６００によれば、上記構成のＲＦＩＤタグ１００を含むことから、ＲＦＩＤタグ１００とリーダライタ２００との通信周波数のばらつきが低減されているので、物品３００とリーダライタ２００との間の情報の送受が安定したＲＦＩＤシステム６００を提供することができる。

リーダライタ２００は、例えば電気絶縁材料からなる基体にアンテナ２０１が設けられて形成されている。基体はアンテナ２０１を収容する筐体で、筐体内にはアンテナ２０１に接続された回路を有し、また、この回路に接続されており、ＲＦＩＤタグ１００の情報等が表示される表示部、情報の書き換え等を行なう入力部等を備えるものであってもよい。

ＲＦＩＤタグ１００が実装される物品３００は、使用に際して、その使用履歴等が必要な各種の物品である。例えば、機械加工、金属加工、樹脂加工等の各種の工業用加工において用いられるジグまたは工具等の用具が挙げられる。この用具には、切削または研磨等の消耗性のものも含まれる。また、工業用に限らず、家庭用の日用品、農産物、交通機関用等の各種のプリペイドカードおよび医療用の器具等も上記の物品３００に含まれる。

ＲＦＩＤタグ１００の物品３００への実装は、例えば、ＲＦＩＤタグ用基板１０の第２表面導体３が物品３００の金属部に接地する形態で行なわれる。このような実装の形態とすることで、物品３００の金属部をＲＦＩＤタグ１００のアンテナ（上記逆Ｆアンテナ等）の第２表面導体３として機能させることもできる。これによって、アンテナの利得が向上し、ＲＦＩＤタグ１００の通信範囲を広げることもできる。つまり、物品３００とリーダライタ２００との間の情報の送受の距離を大きくすること等について有利なＲＦＩＤシステム６００を形成することができる。

また言い換えれば、上記実施形態のＲＦＩＤタグ１００を含むＲＦＩＤシステム６００によれば、金属部を含む物品３００、さらには金型、はさみ等の切断用具等の金属製の物品３００であっても、良好にリーダライタ２００のアンテナ２０１との間で電波の送受が可能なＲＦＩＤシステム６００を構成することができる。つまり、物品（金属）による電磁誘導に妨げられる可能性を低減することができる。したがって、例えば複数の金属製の物品３００とリーダライタ２００との間で同時に情報（電波）の授受が容易になり、実用性が効果的に向上したＲＦＩＤシステム６００を構成することができる。

ＲＦＩＤタグ用基板１０の凹部１ａ設けた下面を物品への実装面とすると、実装面に設けられた表面導体は凹部１ａの部分に開口を有する形状となる。ＲＦＩＤタグは凹部を物
品の表面で塞ぐようにして実装する、すなわち、例えばＲＦＩＤタグは、下面を金属製の物品の表面に接触あるいは近接させて接合材で接合して用いられる。すると、凹部が存在する部分では、誘電体基板の下面に表面導体が存在しないので、上面の表面導体と接地電位を有する層との間の距離は上面の表面導体と物品の表面との距離となる。この距離は、接合材の厚みによって変動し、接合材の厚みばらつきによって距離もばらつきが出てしまう。このような上面の表面導体と接地電位を有する層との間の距離のばらつきに起因して共振周波数がばらついてしまい、物品への実装状態によって共振周波数がずれる場合がある。そのため、凹部１ａを有さない面を実装面とすることができる。上述したように、Ｒ凹部１ａを導電性の蓋体で塞ぐことで、接合材の厚みばらつきによる不具合を抑えることもできる。

１・・・誘電体基板
１１・・・第１面
１２・・・第２面
１ａ・・・凹部
２・・・第１表面導体
３・・・第２表面導体
４・・・短絡導体
５・・・主容量導体
５ａ・・・容量接続導体
６（６１，６２、６３）・・・副容量導体
７・・・第１電極
７ａ・・・第１接続導体
７ｂ・・・電極間導体
８（８１、８２、８３）・・・第２電極
８ａ・・・第２接続導体
９・・・第３電極
９ａ・・・第３接続導体
１０・・・ＲＦＩＤタグ用基板
２０・・・半導体素子
３０・・・導電性接続材（ボンディングワイヤ）
１００・・・ＲＦＩＤタグ
２００・・・リーダライタ
２０１・・・アンテナ
３００・・・物品
６００・・・ＲＦＩＤシステム

Claims (8)

1. 第１面および該第１面とは反対側の第２面を有する誘電体基板と、
   該誘電体基板の前記第１面に設けられた第１表面導体と、
   前記誘電体基板の前記第２面に設けられた第２表面導体と、
   前記第１表面導体と前記第２表面導体とを電気的に接続する短絡導体と、
   前記誘電体基板の内部に設けられ、前記第１表面導体の一部と対向して前記第２表面導体と電気的に接続されている、あるいは前記第２表面導体の一部と対向して前記第１表面導体と電気的に接続されている主容量導体と、
   前記誘電体基板の内部に設けられている少なくとも１つの副容量導体と、
   前記誘電体基板の露出面に設けられており、前記主容量導体に電気的に接続されている第１電極と、
   前記誘電体基板の露出面に前記第１電極と離間して並んで設けられており、前記副容量導体に電気的に接続されている第２電極と、
   を備えているＲＦＩＤタグ用基板。
2. 前記誘電体基板の露出面において、前記第１電極と前記第２電極とが電極間導体を介して電気的に接続されている請求項１に記載のＲＦＩＤタグ用基板。
3. 前記副容量導体および前記第２電極を複数個備えており、複数の前記第２電極は複数の前記副容量導体のそれぞれに接続されている請求項１または請求項２に記載のＲＦＩＤタグ用基板。
4. 前記副容量導体および前記第２電極を複数個備えており、複数の前記第２電極は複数の前記副容量導体のそれぞれに接続され、前記第２電極が電極間導体を介して前記第１電極に電気的に接続されているものを含んでいる請求項１に記載のＲＦＩＤタグ用基板。
5. ３つの前記副容量導体を備えており、これらの面積比率は１：２：４である請求項３または請求項４に記載のＲＦＩＤタグ用基板。
6. 前記誘電体基板は前記第１面または前記第２面のいずれかに凹部を有しており、該凹部の底面に前記第１電極および前記第２電極が設けられている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のＲＦＩＤタグ用基板。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のＲＦＩＤタグ用基板と、該ＲＦＩＤタグ用基板に搭載された半導体素子と、を含むＲＦＩＤタグ。
8. 請求項７に記載のＲＦＩＤタグと、
   該ＲＦＩＤタグとの間で電波を送受するアンテナを備えるリーダライタと、を含むＲＦＩＤシステム。
   

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